Si una nave espacial experimenta tanto calor al reingresar debido a la velocidad a la que avanza y golpea la atmósfera a esa velocidad y ángulo, ¿por qué no podemos usar algunos propulsores de cohetes retro en una nave para reducir nuestra velocidad a medida que avanzamos? ¿volver a la realidad?

Otra pregunta de “por qué no solo …” …

Disminuir la velocidad consume mucho combustible y, en primer lugar, tendríamos que transportarlo hacia arriba: el frenado aerodinámico se utiliza para ahorrar combustible. Incluso las sondas interplanetarias usan frenado aerodinámico y luego descienden o entran (o circulan) sus órbitas.

La primera etapa de SpaceX Falcon9 hace algo parecido a lo que propones. No está bajando de la órbita, pero sigue viajando bastante rápido al comienzo del tramo de regreso de su viaje, por lo que realiza una o dos quemaduras de frenado y reingreso * antes de la quemadura de aterrizaje final [1] [2 ]

* Llamarlo “reingreso” es quizás un nombre inapropiado, porque el vehículo aún no ha abandonado completamente la atmósfera.

Notas al pie

[1] ¿Cómo evita la primera etapa del Falcon 9 quemar en el reingreso?

[2] ¿Por qué los impulsores de la primera etapa de SpaceX no necesitan escudos térmicos en la reentrada?

Porque se necesitó un refuerzo gigante para alcanzar la velocidad orbital, y se necesitaría un refuerzo gigante para detenerlo. Está bien, luego caería como una roca, solo pasando la velocidad del sonido antes de reducir la velocidad nuevamente bajo la influencia de la resistencia del aire. El problema es que para poner en órbita el amplificador retro gigante se necesitarían una docena de amplificadores, lo que haría que toda la empresa fuera inviable.

Usamos el aire para retrasar el reingreso de la nave espacial porque esa es, con mucho, la forma más simple y económica de desangrar toda la velocidad que proporcionó el refuerzo gigante en el lanzamiento.

Bueno, podríamos, en teoría. El problema es que debes lanzar con tu cohete de refuerzo retro y todo su combustible. Debido a que necesita exactamente lo mismo [matemática] \ Delta v [/ matemática] para llegar a casa que para llegar a la órbita en primer lugar, básicamente está duplicando su requisito [matemática] \ Delta v [/ matemática] (no del todo, porque todavía necesita hacer una quema de órbita). Para una carga útil fija, la cantidad mínima teórica de combustible que necesita varía exponencialmente con [math] \ Delta v [/ math], [1], lo que significa que necesita más de 7 veces más combustible para poner algo en órbita y regresar, en comparación a un viaje de ida. Dado que los cohetes son principalmente combustible, eso significa más o menos que necesitas hacer tu cohete al menos 7 veces más grande.

Otra forma de verlo es que tendría que obtener aproximadamente el equivalente de un vehículo de lanzamiento existente en órbita. Entonces, considerando solo el viaje hacia arriba, su carga útil debe incluir esa masa como parte de su carga útil. Los vehículos de lanzamiento actuales tienen fracciones de carga útil de menos del 5%, [2] lo que implica que necesitarías lanzar con un cohete más de 20 veces más grande para desorbitar usando solo combustible.

Notas al pie

[1] Ecuación del cohete Tsiolkovsky – Wikipedia

[2] Fracción de carga útil – Wikipedia

No hay balas de plata para resolver este problema. Depende mucho del contexto, principalmente el peso y la velocidad de lo que necesita para aterrizar y el peso de la carga útil y la velocidad de despliegue que fue el propósito de la misión.

Las cápsulas con protección térmica eran la forma más segura de manejar tales cosas. El transbordador espacial también era una base de escudo térmico sin propulsión, pero durante un período de tiempo más largo.

Los paracaídas tienen un límite en términos del peso que pueden ralentizar. También requieren una atmósfera lo suficientemente gruesa para funcionar (problema en Marte)

Entonces tienes un cohete retro que es la elección hecha por Space X y que parece estar funcionando realmente bien. Una de las razones por las cuales Space X eligió este enfoque sobre otras opciones potenciales es que es claramente una tecnología que planean usar en Marte.
Sin embargo, todavía no hay una bala de plata. Hay misiones de Space X que requieren demasiado combustible para desplegar la carga útil y no dejan suficiente para el viaje de regreso.

Principalmente por una cosa: combustible.

Verá, los cohetes (y los transbordadores espaciales, que técnicamente cuentan como aviones espaciales, supongo) no entran en órbita simplemente yendo muy alto. Esa es una parte importante, pero no importa cuán alto llegue, simplemente volverá a caer. En cambio, lo que debe hacer es ir rápido.

La tierra tira de todo alrededor de un “gee”, o 10 m / s ^ 2. Lo que eso significa es que, por cada segundo que pases en la gravedad de la Tierra y fuera del suelo, acelerarás 10 m / s (~ 20 mph o ~ 30 km / h). En otras palabras, después de un segundo estarás avanzando 10 m / s; después de las dos, irás 20; después de las 3, 30, y así sucesivamente. Otro hecho realmente importante sobre la Tierra es que es redonda. Eso significa que, si vas lo suficientemente rápido, se alejará de ti. Si estuvieras en una nave espacial y la Tierra no tuviera gravedad, si volaras hacia el horizonte encontrarías el suelo (casi) detrás de ti. Pero eso no sucede con, por ejemplo, los aviones. Por qué no? Porque la gravedad de la Tierra los empuja hacia abajo. Mientras un avión permanece volando porque el aire pasa sobre sus alas, no hay aire en el espacio. Entonces, ¿cómo vuela el transbordador espacial?

Al ir tan rápido hacia los lados, cae al suelo y falla .

Mira, la gravedad de la Tierra siempre tira hacia su centro. Debido a eso, cualquier objeto estacionario volverá a caer a la superficie. Pero debido a la primera ley de Newton, un objeto en movimiento permanecerá en movimiento, a menos que una fuerza externa actúe sobre él, el transbordador espacial no lo hace. Si bien la primera ley de Newton hace que quiera seguir volando hacia el espacio y lejos de la Tierra, la gravedad quiere hacer que vuelva a caer a la tierra. Normalmente, cualquiera de estas fuerzas ganará. Volará al espacio para siempre o volverá a la tierra. Pero, si puede hacer que el transbordador espacial se mueva lateralmente a cierta velocidad, las fuerzas se equilibrarán y descansará en una órbita estable.

Esta velocidad se llama velocidad orbital.

La velocidad orbital para la Tierra es de aproximadamente ocho kilómetros por segundo (~ 18000 mph, o 28800 km / h). Eso significa que, para detenerse por completo, debe transportar ocho kilómetros por segundo de combustible. Eso es 112 toneladas; ¡casi el doble de la masa del transbordador espacial! Pero espera; ¡hay una atmósfera gigante justo ahí, esperando que la uses! Al gastar solo un poco de combustible para dejar caer el fondo de su órbita a la atmósfera, puede ahorrar millones o miles de millones de dólares en ingeniería, costos de combustible y tamaño del lanzador.

Sin mencionar, reingresar con cualquier camino que no sea el que toma el transbordador espacial es extremadamente peligroso, ya sea por sobrecalentamiento si vuelve a entrar demasiado alto / poco profundo o por una desaceleración loca si vuelve a entrar demasiado bajo / empinado.

RE: ¿por qué no podemos usar algunos propulsores de cohetes retro en una nave para reducir nuestra velocidad a medida que bajamos a

Debido a que su cohete de lanzamiento tiene que ser mucho más masivo y costoso para poner un retrorocket con su carga útil real. ¿Por qué molestarse en enviar un retrorocket y combustible cuando su escudo térmico y paracaídas hacen lo mismo por una pequeña fracción del costo?

Por otro lado, cuando el escudo térmico y el paracaídas no pueden hacer el trabajo, como aterrizar en Marte, debe usar retrocohetes para ralentizar el enfoque final, ya sea que cueste o no mucho más. Hay un video fascinante sobre el aterrizaje del Mars rover Curiosity en

Desafíos de llegar a Marte: los siete minutos de terror de Curiosity

En cierto modo lo fue. Los Shuttle Main Engines (SSME) esas tres partes en forma de campana que sobresalían por la parte posterior se usaron tanto durante la subida a la órbita como para realizar la quema de la órbita.

La quemadura de órbita se ejecutó al revés y hacia atrás. Solo era necesario reducir la velocidad del orbitador lo suficiente como para caer a una órbita más baja que lo llevara a la parte más espesa de la atmósfera. Después de eso, el orbitador giró a la derecha y cayó a través de la atmósfera superior como un meteorito. Sacar el aire del camino creó una gran cantidad de resistencia que ralentizó el vehículo desde velocidades hipersónicas hasta un punto donde podría volar como un avión normal, aunque sea un planeador masivo.

Esa fue en realidad la forma más segura. Por extraño que parezca.

Si su teoría era reducir la velocidad del vehículo a una velocidad de marcha mientras aún estaba en el espacio y luego “volar” hacia abajo, lo siento, eso no es posible, o al menos no es práctico. La mecánica orbital dicta tu velocidad y altitud. Si disminuye la velocidad, también se cae a menos que tenga la potencia del motor que proporciona una fuerza de elevación neta. Todo eso requiere una gran cantidad de combustible que el orbitador simplemente no tenía y no podría haber llevado. Tenía bastante sobrepeso como estaba.

Contrariamente a muchas de las otras respuestas aquí, esta idea no es inviable. Era más o menos la idea detrás del DC-X, y sigue vivo, más o menos, con el New Shepard. Sin embargo, sí, transportar el doble de combustible que necesita para llegar al espacio es, por naturaleza, una venta bastante difícil. Tienes que llegar al punto en que esa desventaja sea superada por lo que ganes al no necesitar tanta protección térmica y toda la otra ingeniería para sobrevivir al reingreso tradicional.

Toda la energía que ponemos en una nave espacial para llevarlo DEMASIADO espacio tiene que ser eliminada para traerla de regreso del espacio.

Podemos usar la fricción con el aire para ralentizarnos, y luego paracaídas (o cuchillas de helicóptero con cohetes de punta, ¡mira Rotary Rocket!) … o podemos usar cohetes.

O alguna combinación.

¿Esos cohetes retro que describe usando? cuestan más, pesan más que el sistema de protección térmica.

Si / cuando tenemos mejores cohetes (atómicos, energía de punto cero, ¿potencia de fusión?), O antigravedad … bueno, entonces usaremos los cohetes.

WE (Space X y Blue Origin, y DC-X antes de eso quiero decir) sí usamos cohetes para aterrizar, pero creo que Space X vuelve a entrar balísticamente una cierta cantidad antes de encender los cohetes y aterrizar en el escenario, y los otros son suborbitales.]

volviendo de la órbita? mucha más energía para matar que la que obtienes en una primera etapa, sería mucho más jugo de cohete.

Podríamos totalmente. Y así es como se vería ese cohete retro:

La nave espacial va tan rápido porque este enorme cohete hizo que fuera tan rápido. Se necesitaría este enorme cohete para volver a ralentizarlo.

Podríamos. Pero eso requeriría básicamente tanto propelente como el utilizado para entrar en órbita en primer lugar. Excepto que no podrías lanzar tanto propelente. Además, sabemos cómo lidiar con el calor y es mucho más barato que usar propulsión.

En términos generales, se necesitará un cohete del tamaño que sea necesario para que el barco alcance esa velocidad para reducir la velocidad.

Entonces, en lugar de necesitar un cohete Saturno V para levantar una nave espacial pequeña, debe construir un vehículo de lanzamiento que sea lo suficientemente grande como para levantar esa nave espacial Y un cohete Saturno V al revés (licencia cómica tomada aquí como, obviamente, la orientación de la el cohete de reingreso en el lanzamiento no es relevante)

Lo que significa más combustible.

Es más fácil (y más seguro, lo creas o no) simplemente dejar que el espacio forje su pared de ladrillos en la que la atmósfera se vuelve a esa velocidad y se ralentiza por la fricción.

Era. Se dio la vuelta y disparó cohetes que lo ralentizarían lo suficiente como para caer de la órbita de manera controlada y volver a entrar en la atmósfera, allí sus azulejos lo protegieron de las altas temperaturas.

Probablemente se espera que escriba una respuesta larga y complicada con ecuaciones y otras cosas para evitar la moderación de la quora.

Podría escribir una respuesta genial y todo, pero voy a vincular esto aquí.

Velocidad orbital

El transbordador espacial de los EE. UU. Era solo un planeador … no se necesita propulsión retro. “El Cadillac del aterrizaje”.

La nave rusa que solía transportar a los astronautas hacia y desde la EEI usa retro propulsión … pero solo al final.

Lo que SpaceX está haciendo en este momento es realmente notable, pero hasta ahora no han conseguido una segunda etapa.

Pensamiento interesante sin embargo.

Escucho mucho esta pregunta. Algunas de las preguntas que se hacen es “¿por qué el transbordador, o cualquier otra nave espacial, dispara cohetes para renunciar por completo a la necesidad de un reingreso peligroso y simplemente deslizarse?” La respuesta es que una nave espacial necesitaría una enorme cantidad de combustible para reducir la velocidad. La Tercera Ley del Movimiento de Newton viene a la mente.

El Shuttle estaba equipado con cohetes retro: dos motores de cohete del sistema de maniobra orbital Space Shuttle de 6000 lbf de empuje

Así es exactamente como funciona la primera etapa de un halcón 9

Programa de desarrollo del sistema de lanzamiento reutilizable SpaceX – Wikipedia

Lo hacen, pero tampoco puedes ir demasiado lento en el reingreso, o simplemente rebotarás en la atmósfera.

Además, no hay forma de transportar suficiente combustible para aterrizar en retros hasta el suelo. O no había diseños antiguos. El nuevo SpaceX Falcon 9 Booster puede y aterriza en sus cohetes, como una vieja película de ciencia ficción de la década de 1950.